【绿水】国外智慧环保应用案例

前言：

“智慧环保”是“数字环保”概念的延伸和拓展，它是借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，实现人类社会与环境系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策。国外的环保智慧化建设起步较早，如纽约哈德森河的重生、佛罗里达海洋研究组织建设的富营养化监测平台等从方案创新、技术应用、管理机制等方面都具有很好的借鉴意义。

虚拟数字河流——哈德森河的重生

       纽约曼哈顿有一条哈德森河，北起阿迪龙达克山区,绵延500公里南下,在纽约港入海。哈德森河曾经是人们心中富饶的果篮子、菜篮子，十九世纪中期，如画的风景和便利的交通,吸引了很多纽约富商来河谷两边的山上修建度假的宅邸。然而后来，居民造成的下水道污物的沉积以及大型工厂倒入的有毒化学物质，致使这条河流受到了严重污染。

    上世纪八十年代，环保主义热潮涌起，为了恢复哈德森河的生态系统，纽约州政府发起了一个“新一代的水资源管理计划”。他们在河的全程都安装了传感器，一些传感器甚至高达2米。这些传感器把各种各样的物理、化学、生物数据包括河流的盐度、浊度、叶绿素和颗粒物粒径等信息，通过网络实时传递到后台的计算中心区。数据像流水一样不间断地生成，不间断地被处理，并与历史数据进行比对。

    后台的计算中心区分为三个环节，首先是数据传输，传感器将从河中与周边环境收集到的数据以实时连续的方式传送给系统管理层。然后，河流的不同类型数据被清洗，后台通过消除数据的异源性，使关于哈德森的数据一致化，并具有互通性，最后在分析管理平台对这些数据进行可视化的展现。在科学家的电脑显示屏上，各种数据汇成了一条虚拟的哈德森河，流水何时被污染，化学、物理、生物成分发生了什么变化，一看便知。接下来数据科学家便可利用这些处理过的信息建模模拟一个哈德森河的环境模型和治理方案，评估不同的治理和人类干预对于哈德森环境的多方影响，以保证在实际治理时的效果。

    经过多年的努力，哈德森河已逐渐恢复其清澈的水质和优美的环境。现在每年的父亲节周末，都有一个持续两天的环保音乐节——清水节(ClearwaterFestival)来庆祝哈德森河的重生。

富营养化监测平台

       美国佛罗里达海洋研究组织建设了一个简称为MARVIN的传感平台，目标主要是根据有害藻类富营养化相关水质变化提供即时的水质信息，监测项目包括pH值、溶氧量、水温、导电度、叶绿素浓度、浊度、硝酸盐及磷酸盐、水位、水流速与方向、水中光合辐射光能以及全光等。这些传感器同时安装在一个浮舟之中，并搭载了一个气象塔，负责监测包括风速与风向、气温、相对湿度、气压及降雨量等项目。

    MARVIN的信息传输方式是利用传感器收集监测数据信息后，通过天线传送讯号至卫星及手机等界面，提供远程信息的获取。MARVIN平台通常每小时取样两次，然后每小时或每三小时通过卫星将数据回传。

    MARVIN平台需要每两周进行一次人工维护，维护人员会采用传统的采样和分析方法收集数据，用于校正在后处理过程中的MARVIN平台数据。MARVIN数据还可以帮助建模人员观察水流循环和克卢萨哈奇河生物系统、帮助船长及应急管理人员及时了解实时水质情况、帮助游人预测赤潮是否会出现、帮助搜救队了解水流能见度、帮助学生学**生物圈的有关知识等。

城市监测传感网络

       CitySense是由美国国家自然科学基金会资助，由哈佛大学和BBN公司联合开发出的，可以报告整个城市实时监测数据的无线传感网络项目。

    CitySense通过在美国马萨诸塞州剑桥市的路灯上安装传感器，利用路灯的电力供应系统作为传感器运行时的电力能源，解决了电池寿命对于无线传感网运行的限制，有利于长期环境监测试验。每个节点都含有一个内置PC机、一个无限局域网界面，利用WiFi无线网络技术，将监测信息回传到监测中心，监测信息包括压力、温度、相对湿度、风速、风向、降雨量、降雨强度、CO2、噪声，之后为用户提供CitySense网站信息查询。

    CitySense通过把每个节点同相邻的节点相连形成网状，将分散在城市各处的远程节点和位于哈佛大学和BNN的中心服务器连接。在这一网络中利用一个1英里射程的小无线电装置，任何一个节点都可以从远程服务器中心下载软件或上传传感器数据。另外，根据微软公司提供的VirtualEarth和SensorMap技术，网站的数据资料将覆盖到地图上。民众及学者可通过网站追踪污染物扩散情形，进行长期监测，研究空气污染的解决方案。  

哈姆滨湖城电脑控制输送垃圾

      哈姆滨湖城陆地面积1.6平方公里、居民1.8万，曾经是个旧工业区，近年成为瑞典斯德哥尔摩最大的近郊发展项目，目标是打造成为未来城市发展的典范。

    在哈姆滨湖城，人们能看见一排电子垃圾桶，分别用于接收食物垃圾、可燃物垃圾以及废旧报纸等不同类别的垃圾。这些电子垃圾桶通过各自的阀门与同一条地下管道相连，阀门分别在每天自动打开两次，不同类别的垃圾进入地下管道，并以每小时70公里的速度被输送到远郊，在电脑的控制下自动分离并输送到不同的容器里，按需要循环利用。整个过程都是通过电脑控制，提高了垃圾传输和处理速度，以及再利用效率。  

垃圾回收奖励计划

        2007年，通过利用创新的RFID技术，美国的RecycleBank为社区民众创造了一种应对废物收集成本上升的环保解决方案。RecycleBank为各家庭装备了简化回收工作的工具，同时还为家家户户提供了可测量废物回收量的技术。实行垃圾回收奖励计划，激励消费者积极参与废品的回收。一个家庭垃圾回收的越多，所获得的RecycleBank红利积分也越多。这些积分可以用来购买产品和享受社区优惠。

    该计划将低频RFID标签贴在实物回收箱上，同时将RFID读写器安装在回收卡车的称重装置上。读取之后的数据发送给回收车上的内部计算机并进入RecycleBank的安全数据库。收集后的数据接着会上传到RecycleBank的数据收集和处理系统。

    方案实施后，社区居民垃圾回收的热情大涨，社区环境有了很大改善。试点成功后，RecycleBank将这一系统扩大到了9个州，获得了巨大成功。比如，在一周内，新泽西州的樱桃山乡镇因为采用这项计划，其废物的回收率达到了135%。计划施行前，每个普通家庭每周回收的物品约是十二磅，现在已经超过26磅；通过使用RecycleBank的计划，特拉华州威尔明顿市废物回收率在短短6个月内从0%提高到了37%；新泽西州艾尔克镇在采用系统之前每周回收的废物量平均为16吨，现在回收量已多达42吨，增长率为136%。  

HiTemp项目研究热岛效应

       英国伯明翰大学主导了一个名为HiTemp的环境项目，在伯明翰城区内部署了250个环境温度感测装置以及30个自动气象站。它们通过无线或有线方式接入互联网，实现数据互联互通。研究人员说，这是全球最密集的环境监测网络，用于研究城市热岛效应。通过无线和有线网络，这些设备收集的数据能够实时传回大学的服务器进行分析，并与有关部门实时共享。

    此次研究旨在未来能将这些技术运用到更广泛的环境监测项目上，包括监测空气污染、二氧化碳排放等，为绿色城市规划提供更有针对性的数据参考。